Fotonii sunt mici pachete de energie, care prezintă un comportament interesant de tip undă și particule. Fotonii sunt ambele unde electromagnetice, cum ar fi lumina vizibilă sau razele X, dar sunt, de asemenea, cuantificate în energie, ca particule. Energia unui foton este deci un multiplu al unei constante fundamentale, numită constanta lui Planck,h = 6.62607015 × 10-34 J s.
Calculați energia unui foton
Putem calcula energia unui foton în două moduri. Dacă știți deja frecvența,f, a fotonului în Hz, apoi utilizați:
E = hf
Această ecuație a fost sugerată pentru prima dată de Max Planck, care a teorizat că energia fotonică este cuantificată. Prin urmare, uneori această ecuație energetică este denumită ecuația lui Planck.
O altă formă a ecuației lui Planck folosește relația simplă care
c = \ lambda f
Undeλeste lungimea de undă a fotonului șiceste viteza luminii, care este o constantă și este 2.998 × 108 Domnișoară. Dacă cunoașteți frecvența fotonului, puteți calcula cu ușurință lungimea de undă prin următoarea formulă:
\ lambda = \ frac {c} {f}
Acum putem calcula energia unui foton prin oricare versiune a ecuației lui Planck:
E = hf \ text {or} E = \ frac {hc} {\ lambda}
Adesea folosim unitățile de eV sau electroni-volți, ca unități pentru energia fotonică, în loc de jouli. Poți să foloseștih = 4.1357 × 10-15 eV s, care are ca rezultat o scară de energie mai rezonabilă pentru fotoni.
Care fotoni sunt mai energici?
Formula face foarte ușor să vedeți cum depinde energia de frecvența și lungimea de undă a unui foton. Să ne uităm la fiecare dintre formulele prezentate mai sus și să vedem ce implică acestea despre fizica fotonilor.
În primul rând, deoarece lungimea de undă și frecvența se înmulțesc întotdeauna pentru a fi egală cu o constantă, dacă fotonul A are o frecvența care este de două ori mai mare decât a fotonului B, lungimea de undă a fotonului A trebuie să fie 1/2 din lungimea de undă a fotonul B.
În al doilea rând, puteți afla multe despre modul în care frecvența unui foton poate oferi o idee relativă a energiei sale. De exemplu, deoarece fotonul A are o frecvență mai mare decât fotonul B, știm că este de două ori mai energic. În general, putem vedea că energia se scalează direct cu frecvența. În mod similar, deoarece energia unui foton este inversă în legătură cu lungimea de undă a acestuia, dacă fotonul A are o lungime de undă mai mică decât fotonul B, este din nou mai energică.
Calculator simplu de energie fotonică
Poate fi util să se estimeze rapid energia fotonică. Deoarece relația dintre lungimea de undă a fotonului și frecvența este atât de simplă, iar viteza luminii este de aproximativ 3 × 108 m / s, atunci dacă cunoașteți ordinea de mărime a frecvenței sau a lungimii de undă a fotonului, puteți calcula cu ușurință cealaltă cantitate.
Lungimea de undă a luminii vizibile este de aproximativ 10 −8 metri, deci
f = 3 \ times {\ frac {10 ^ 8} {10 ^ {- 7}} = 3 \ times 10 ^ {15} \ text {Hz}
Puteți uita chiar și cele 3 dacă încercați doar să obțineți o estimare rapidă a ordinii de mărime. Apoi, dacăheste de aproximativ 4 × 10 −15 eV, atunci o estimare rapidă pentru energia unui foton de lumină vizibilă este
E = 4 \ times 10 ^ {- 15} \ times 3 \ times 10 ^ {15} = 12 \ text {eV}
Este un număr bun de reținut în cazul în care doriți să aflați rapid dacă un foton este deasupra sau sub intervalul vizibil, dar toată această procedură este o modalitate bună de a face o estimare rapidă a fotonului energie. Procedura rapidă și ușoară ar putea fi chiar considerată un simplu calculator de energie fotonică!